JP7311772B2

JP7311772B2 - 電源制御装置

Info

Publication number: JP7311772B2
Application number: JP2019175536A
Authority: JP
Inventors: 晃司大下
Original assignee: Toshiba Information Systems Japan Corp
Current assignee: Toshiba Information Systems Japan Corp
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2023-07-20
Anticipated expiration: 2039-09-26
Also published as: JP2021052553A

Description

この発明は、各種の電気機器の電源制御を行う電源制御装置に関するものである。

近年、環境発電として熱発電による起電力を電源に利用した発電システムが開発されている。この場合、熱発電にはペルチェ素子などが使われている。ペルチェ素子を用いた場合、人体から伝わる体温からは、数１０ｍＶの微弱な電圧の発電がなされる。例えば、体温と装置の温度差、もしくは体温と外気温の温度差から発電を行う場合には、大きな発電量の確保を期待することはできない。

特許文献１には、指の熱を使って指紋センサを駆動させる電子装置が開示されている。この特許文献１の発明では、上記の通り大きな発電量の確保を期待することはできないことから、周辺回路の低電圧化を図り十分な発電量を実現することが記載されている。

また、特許文献２には、環境発電を行うものであり、アクティブモードとスリープモードとを有しているセンサネットワークが開示されている。このセンサネットワークにおいては、アクティブモードのときにセンサを用いた測定と測定結果を無線で送信する処理を行い、スリープモードのときには環境発電により得られる電圧監視を行う。電圧監視の結果が所定閾値を超えたことが検出されるとアクティブモードへ移行する。

特開２００４－２７２７１９号公報特開２０１８－１９００５３号公報

上記のように特許文献１の発明においては、環境発電を用いることにより省エネを図るものの、常に環境発電による電力を消費し続ける欠点がある。また、特許文献２の発明ではスリープモードを有しているため、常時同じ電力が消費されないという利点があるものの、電気機器を使用したいときに電気機器へ電力供給がなされるような使い方ができるものでなく、メリハリのある電源制御を行うことができるというものが期待されている。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電気機器を使用したいときに電気機器へ電力供給がなされるようにすることが可能な電源制御装置を提供することである。

本実施形態の電源制御装置は、所定機能及び／または所定処理を行う電気機器と、前記電気機器の電源を供給する電気機器電源部とを備える電気機器システムの電源制御を行う電源制御装置において、前記電気機器電源部から前記電気機器への電源供給をオンオフする電源供給制御部と、環境発電素子と、この環境発電素子により発電された電圧を前記電源供給制御部が動作可能な電圧まで昇圧する昇圧回路と、を含む制御用電源部と、前記制御用電源部から供給される電源により動作し、生体認証機能を行って特定人の生体認証した場合に利用許可信号を出力する生体認証装置を有し、前記電源供給制御部は、前記制御用電源部から動作可能な電圧が与えられ、且つ前記生体認証装置が前記利用許可信号を出力した場合に、前記電気機器への電源供給をオフからオンへと切換制御することを特徴とする。

本発明の第１の実施形態に係る電源制御装置の構成図。本発明の第２の実施形態に係る電源制御装置の構成図。本発明の第２の実施形態に係る電源制御装置の要部である昇圧回路により昇圧される電圧を示す図。本発明の第２の実施形態に係る電源制御装置の要部構成図であり、静電容量式指紋センサの部分を断面図とした生体認証装置の構成図。本発明の第２の実施形態に係る電源制御装置の生体認証装置における認証部の構成図。本発明の第２の実施形態に係る電源制御装置の動作を示すフローチャート。

以下添付図面を参照して、本発明の実施形態に係る電源制御装置を説明する。各図において同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。図１に、本発明の第１の実施形態に係る電源制御装置の構成図を示す。本実施形態に係る電源制御装置１０は、電気機器システム１００に設けられている。電気機器システム１００は、所定機能及び／または所定処理を行う電気機器１１０と、上記電気機器１１０の電源を供給する電気機器電源部１２０とを備える。具体的には、電気機器システム１００は、テレビや掃除機などの家電製品、或いはパーソナルコンピュータ等の電子機器、更には自動車など何らかのときに電気電源で動作する装置とすることができる。電気機器１１０は、テレビや掃除機などの家電製品、或いはパーソナルコンピュータ等の電子機器や自動車の機能を実現する殆どの主要部分であり、電源部を除いた構成部分である。そして、上記電源部は電気機器電源部１２０を構成し、電気機器１１０へ電力を供給する。

本実施形態では、電気機器システム１００に、電源供給制御部１３０と制御用電源部１４０とが備えられている。電源供給制御部１３０は、電気機器電源部１２０から上記電気機器１１０への電源供給をオンオフするものであり、この実施形態では、電気機器電源部１２０から上記電気機器１１０への電源供給経路に設けられているスイッチ１３２を開閉して電源供給をオンオフする。このスイッチ１３２は、オン（閉成）となって電気機器電源部１２０からの電流が流れることによりオン（閉成）を自己保持する。このスイッチ１３２をオフとするためには、図示しない手動操作部の操作によるものとする。

制御用電源部１４０は、環境発電素子１４１と、この環境発電素子１４１により発電された電圧を上記電源供給制御部１３０が動作可能な電圧まで昇圧する昇圧回路１４２とを含むものである。電源供給制御部１３０は、昇圧回路１４２から出力される電力により動作するもので、この電力の電圧が所定値以上の場合に動作可能となる。

環境発電素子１４１は、人が電気機器１１０の電源をオンと使用する場合に発電がなされるようにするため、熱（体温）や圧力（押し付ける力）により発電を行う素子であることが好適である。電気機器１１０がテレビやパーソナルコンピュータ等である場合には、例えば、筐体表面の適宜な位置に指または手を当てる部分に、直接に環境発電素子１４１を配置するか、パネルを配置しこのパネルの裏に環境発電素子１４１を配置する構成を採用できる。また、電気機器１１０が掃除機などの家電製品等である場合には、グリップなどの手で握る部分に環境発電素子１４１を直接またはパネルなどを介して間接に配置する構成を採用できる。

以上のように構成された電気機器システム１００は、以下のように動作する。電気機器１１０を起動させるために、操作者は環境発電素子１４１が配置された部位に手または指を当てるか押し当てるかする。すると、環境発電素子１４１による発電が行われ、所定電位が発生される。この所定電位は昇圧回路１４２によって電源供給制御部１３０が動作可能な電圧まで昇圧される。この昇圧回路１４２には、特願２０１９－２９６５に記載のＤＣ／ＤＣコンバータを採用することができる。

昇圧回路１４２の出力は、電源供給制御部１３０へ与えられており、電源供給制御部１３０が動作可能な電圧であるから、電源供給制御部１３０が動作を開始し、スイッチ１３２をオン（閉成）とする。この結果、電気機器１１０へ電気機器電源部１２０から電力供給がなされ、電気機器１１０は稼働状態となる。このように第１の実施形態によれば、電気機器１１０を使用したいときに電気機器１１０へ電力供給がなされるようになり、環境発電の電力が常時消費される問題点を回避できる。

図２に、第２の実施形態の電源制御装置３０を有する電気機器システム２００を示す。この電気機器システム２００は、生体認証装置２５０を備えている。この電気機器システム２００は、所定機能及び／または所定処理を行う電気機器２１０と、上記電気機器２１０の電源を供給する電気機器電源部２２０とを備える。具体的には、電気機器システム２００は、第１の実施形態と同じく、テレビや掃除機などの家電製品、或いはパーソナルコンピュータ等の電子機器であっても良いが、所定の個人のみが使用できるパーソナルコンピュータやＡＴＭ（現金自動預け払い機）など、更には自動車など何らかのときに電気電源で動作する装置とすることができる。電気機器２１０は、上記パーソナルコンピュータやＡＴＭ、更には自動車の機能を実現する殆どの主要部分であり、電源部を除いた構成部分である。そして、上記電源部は電気機器電源部２２０を構成し、電気機器２１０の電力を出力する。

本実施形態では、電気機器システム２００に、電源供給制御部２３０と制御用電源部２４０とが備えられている。上記電源供給制御部２３０は、上記制御用電源部２４０から動作可能な電圧が与えられ、且つ上記生体認証装置２５０が上記利用許可信号を出力した場合に、上記電気機器２１０への電源供給をオフからオンへと切換制御するものである。

この実施形態では、電気機器電源部２２０から上記電気機器２１０への電源供給経路に設けられているスイッチ２３２を開閉して電源供給をオンオフする。このスイッチ２３２は、オン（閉成）となって電気機器電源部２２０からの電流が流れることによりオン（閉成）を自己保持する。このスイッチ２３２をオフとするためには、図示しない手動操作部の操作によるか、上記利用許可信号が得られない時間が所定時間となったときに、上記電源供給制御部２３０がスイッチ２３２を開放して電源供給をオフするようにしても良い。

制御用電源部２４０は、環境発電素子２４１と、この環境発電素子２４１により発電された電圧を制御用電源部から供給される電源により動作可能な電圧まで昇圧する昇圧回路２４２とを含むものである。電源供給制御部２３０は、昇圧回路２４２から出力される電力により動作するもので、この電力の電圧が所定値以上の場合に動作可能となる。この昇圧回路２４２には、特願２０１９－２９６５に記載のＤＣ／ＤＣコンバータを採用することができる。

本実施形態では、生体認証装置２５０と上記電源供給制御部２３０が制御用電源部２４０から供給される電源により動作するので、生体認証装置２５０が動作可能となる電圧を出力電圧Ｃとし、上記電源供給制御部２３０が動作可能となる電圧を出力電圧Ａとしたとき、昇圧回路２４２は、昇圧によって図３により示した出力電圧Ａを作り出して生体認証装置２５０へ与え、昇圧によって図３により示した出力電圧Ａを作り出して電源供給制御部２３０へ与える構成とすることができる。図３の例では、出力電圧Ａ＞出力電圧Ｂ＞出力電圧Ｃとなっており、出力電圧Ｂへの昇圧を行い出力電圧Ｂの出力が可能であるが、出力電圧Ｂは用いない構成とすることができる。または、出力電圧Ｃへの昇圧を行い出力電圧Ｃを出力可能な昇圧回路と出力電圧Ａへの昇圧を行い出力電圧Ａを出力可能な昇圧回路とによる、２つの昇圧回路を用いても良い。即ち、制御用電源部２４０は、上記環境発電素子２４１により発電された電圧を上記電源供給制御部２３０が動作可能な電圧まで昇圧する第１の昇圧回路と、上記環境発電素子２４１により発電された電圧を上記生体認証装置２５０が動作可能な電圧まで昇圧する第２の昇圧回路とを備える構成としても良い。

生体認証装置２５０は、上記の通り制御用電源部２４０から供給される電源により動作し、生体認証機能を行って特定人の生体認証した場合に利用許可信号を出力する。上記生体認証装置２５０は、図４に示すように静電容量式指紋センサ２５１を含むものとすることができる。上記生体認証装置２５０の静電容量式指紋センサ２５１は、指６１の腹を接触させるパネル部２５２を有し、上記パネル部２５２の直下に設けられた複数の電極２５３により電荷を検出する。即ち、指６１の腹における指紋によって生じる凹凸により、複数の電極２５３中の対向電極から指表面までの距離が異なり、パネル部２５２と電極との間に生じる電荷量の大きさが上記距離に対応して異なるものとなる。この電荷量を検出して、指紋検出を行う。斯くして、パネル部２５２の表面に接触した指６１の腹の指紋が読み取られ、この読み取られた指紋データにより生体認証を行うものである。

生体認証装置２５０は、図４に示す認証部２５８を有しており例えば、図５に示される構成を有する。即ち、主メモリ２１に格納されているプログラム及びデータを用いて指紋認証を行うＣＰＵ２０が、各部を統括制御する構成を有している。ＣＰＵ２０には、バス２２を介して、外部記憶インタフェース２３、センサインタフェース２４、表示インタフェース２５、ネットワークインタフェース２６が接続されている。

外部記憶インタフェース２３には、外部記憶装置３３が接続されている。外部記憶装置３３には、この電気機器２１０の使用が許される人の指紋データや指紋認証用プログラムなどが記憶されている。センサインタフェース２４には、静電容量式指紋センサ３４が接続されている。表示インタフェース２５には、表示装置３５が接続されている。表示装置３５はＬＥＤなどの小さなディスプレイを有するもので、認証結果について「この機器の使用が許可されました。」や「この機器の使用はできません。」などが表示される。ネットワークインタフェース２６には、ネットワーク回線３６が接続されており、このネットワーク回線３６を介してこの電気機器システム２００を管理するサーバなどから定期的に或いは不定期で、この電気機器２１０の使用が許される人の指紋データの更新データや指紋認証用プログラムの更新プログラムなどのダウンロードを行い、外部記憶装置３３の内容の更新が行われる。

以上のように構成された電気機器システム２００は、図６に示すフローチャートに沿って処理を行うので、このフローチャートに基づき動作説明を行う。制御用電源部２４０は（特に、環境発電素子２４１は）、指６１がパネル部２５２へ触れるのを待ち(STEP1)、指６１が触れたかを検出する(STEP2)。STEP2においてＮＯとなると、STEP1へ戻る。STEP2においてＹＥＳとなると、環境発電素子２４１による発電、昇圧回路２４２による昇圧を行って生体認証装置２５０への給電が行われる(STEP3)。更に、STEP3では、生体認証装置２５０が認証を行い、次のSTEP4では、認証できたか検出を行う。

STEP4においてＮＯへ分岐すると、表示装置３５に「この機器の使用はできません。」などの表示を行い(STEP5)、処理を終了する。STEP4においてＹＥＳへ分岐すると、上記制御部電源部２４０から動作可能な電圧が与えられ、且つ上記生体認証装置２５０が上記利用許可信号を出力しているので、電源供給制御部２３０は、上記電気機器２１０への電源供給をオフからオンへと切換制御することにより、電気機器２１０を使用可能状態とする(STEP6)。このSTEP6においては、表示装置３５に「この機器の使用が許可されました。」などの表示を行っても良い。STEP6の以降には電気機器２１０の使用が行われ、電気機器２１０のオフ操作がなれることにより(STEP7)、処理を終了する。

以上のように本実施形態では、生体認証によって電気機器２１０の使用許可を受けるための動作が生体認証装置２５０への給電処理へとつながるので、使用しないときには全く電力を消費することがなく低コストでセキュリティの高いシステム運用が可能である。

１０、３０電源制御装置２０ＣＰＵ
２１主メモリ２２バス
２３外部記憶インタフェース２４センサインタフェース
２５表示インタフェース２６ネットワークインタフェース
３３外部記憶装置３５表示装置
３６ネットワーク回線６１指
１００電気機器システム１１０電気機器
１２０電気機器電源部１３０電源供給制御部
１３２スイッチ１４０制御用電源部
１４１環境発電素子１４２昇圧回路
２００電気機器システム２１０電気機器
２２０電気機器電源部２３０電源供給制御部
２３２スイッチ２４０制御用電源部
２４１環境発電素子２４２昇圧回路
２５０生体認証装置２５１静電容量式指紋センサ
２５２パネル部２５３電極
２５８認証部

Claims

所定機能及び／または所定処理を行う電気機器と、前記電気機器の電源を供給する電気機器電源部とを備える電気機器システムの電源制御を行う電源制御装置において、
前記電気機器電源部から前記電気機器への電源供給をオンオフする電源供給制御部と、
環境発電素子と、この環境発電素子により発電された電圧を前記電源供給制御部が動作可能な電圧まで昇圧する昇圧回路と、を含む制御用電源部と、
前記制御用電源部から供給される電源により動作し、生体認証機能を行って特定人の生体認証した場合に利用許可信号を出力する生体認証装置を有し、
前記電源供給制御部は、前記制御用電源部から動作可能な電圧が与えられ、且つ前記生体認証装置が前記利用許可信号を出力した場合に、前記電気機器への電源供給をオフからオンへと切換制御することを特徴とする電源制御装置。
前記制御用電源部は、前記環境発電素子により発電された電圧を前記電源供給制御部が動作可能な電圧まで昇圧する第１の昇圧回路と、前記環境発電素子により発電された電圧を前記生体認証装置が動作可能な電圧まで昇圧する第２の昇圧回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の電源制御装置。
前記生体認証装置は、指の腹を接触させるパネル部を有し、前記パネル部に接触した指の腹の指紋により生体認証を行うものであり、
前記環境発電素子は、熱発電素子であり、前記パネル部に接触した指による熱を得て発電を行うものであることを特徴とする請求項１または２に記載の電源制御装置。
前記生体認証装置は、静電容量式指紋センサを含むものであることを特徴とする請求項３に記載の電源制御装置。